大概念在中学物理教学的实施路径

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摘要:基于大概念的中学物理教学是实现有效教学、落实物理学科核心素养的重要途径．筛选物理学科大概念可以从学生前概念分析、确定学生“最近发展区”、注重学生知识的迁移能力及熟悉物理课程标准四个要素展开;具体可通过“以大概念为主题的单元教学设计”来实现物理学科大概念的教学;最后根据“增值评价”的方式来评价以大概念为主题的教学实施效果．

关键词:物理学科;大概念;概念筛选;单元主题教学;增值评价

物理学科大概念可以提升教师和学生对学科本质的把握，有助于教学方式的转变，有利于物理学科核心素养的落实．那么，如何实现物理学科大概念在物理教学中的实践?本文将通过“概念筛选—单元主题教学—增值评价”三个步骤来实现物理学科大概念在教学中的实践．

1概念筛选

诚然，对大概念筛选的研究很多，因物理隶属于科学，这里主要以哈伦在《科学教育的原则和大概念》中提炼科学大概念的方法为主．首先考虑的是儿童的前概念，并认为“必须要以儿童的概念作为起点，以进展到更为科学的概念，并与儿童的经验扩展相适应［1］．”所以在筛选大概念时，首要考虑的是如何改变学生的前概念，逐渐扩展到能解释更广范围的大概念．比如高中物理必修一中的“速度”概念，学生的前概念中只有“速度是路程与时间的比值”这一定义，没有“单位时间内物体发生的位移与所用时间的比值”这一定义．当讲完“速度”概念，很多学生会在前概念中停留很长时间才会转变，所以这时候要考虑如何让学生从初中对“速度”的前概念中跳出来，围绕“速度”这一大概念群设计教学，进而更好地学习“平均速度”“瞬时速度”“平均速率”“瞬时速率”等概念．另外，物理学科大概念不是无限大，而是在学生的“最近发展区”内．学生建构大概念的过程，是一个循序渐进的过程，不断发现“最近发展区”，学生从一个“最近发展区”到另一个新的“最近发展区”，大概念就是这样不断生成［2］．比如人教版高中物理“运动和相互作用”，共分四个章节．第一章“运动的描述”，主要介绍运动学中“质点”“位移”“速度”“加速度”等基本概念和最基础的实验“用打点计时器测速度”．这里最重要，也最难的概念便是“加速度”，学生的认知系统里从来没有出现过这个概念，运动状态也变得复杂起来，不再是初中所讲的直线运动或匀速直线运动，因而要研究学生的“最近发展区”，以“加速度”这一大概念为主题组织单元教学，在学完“牛顿运动定律”为主题的大概念群后，学生自然就明白“加速度”的内涵更为深刻．再次，使用什么样的标准有利于提炼物理学科大概念?在《科学教育的原则和大概念》中提到:1．能够迁移应用到校外生活当中;2．能够在现实生活当中做出有利于健康、环境及能源的决策;3．能够解答现实生活中有关科学方面的问题，并产生愉悦之情;4．有人文底蕴，如反映科学史上的成就［1］．因而，提升学生对物理知识的迁移能力是首要任务，而这也符合物理学科大概念具有可迁移性的特点．比如“能量”这一概念，高中不仅仅要知道“能量”“能量守恒定律”，合上教材，离开学校，在日常生活中也应该会用“能量守恒定律”解释人与自然、人与社会的普遍规律，知道过度破坏环境会破坏人与自然之间的和谐共生．除此之外，还应该了解物理学史上，是谁首先提出了“能量”“能量守恒定律”，是在哪种背景下提出这些概念的，是为解决什么问题而提出的，如果教师以这样的问题群建构大概念，学生不仅能深刻领会这些概念，还会掌握这种方法，使得教学达到事半功倍的效果．最后，要提炼物理学科核心素养还要加强对物理课标的研读．《普通高中物理课程标准(2017年版)》是统领高中物理教学的尺规，不仅对高中物理教学达到什么样的目标有一定的要求，对每个章节教哪些知识，做哪些实验都有更为细化的要求．另外，新版课标还研制了学业质量标准以及物理学科核心素养水平划分，对教学给了较为细致的评估标准．因而，在筛选物理学科大概念时除了考虑学生的前概念、“最近发展区”及筛选标准外，还应考虑物理课程标准．如此，基于大概念的物理教学才能真正有利于学生的发展．

2以物理学科大概念为主体的单元教学设计

教学设计专家格斯塔弗森(K．L．Gustafson)指出，教学设计是用以描述包括分析教学内容、确定教学方法、指导实验和修改以及评定学习的整个过程［3］．瑞奇(R．Richey)认为，教学设计是为了便于学习各种大小不同的学科单元，而对学习情景的发展、评价进行详细规划的科学［4］．可见，格斯塔弗森是从过程的角度对教学设计进行定义，与瑞奇根据系统的特性描述教学设计的定义有所不同．我国学者认为，教学设计指“对整个教学系统的规划，是教师教学准备工作的组成部分，是在分析学习者特点、教学目标、学习内容、学习条件以及教学系统组成部分特点的基础上统筹全局，提出教学具体方案，包括一节课进行过程中的教学结构、教学方式、教学方法、知识来源、板书设计等［5］．”可见，教学设计就是为了整个教学活动而绘制的教学蓝图．通过教学设计，教师可以对教学活动的基本过程有整体的把握，可以根据教学情境需要和教学对象的特点确定合理的教学目标，实施可行的评价方案，从而保证教学活动的顺利进行［6］．教学设计分为宏观、中观和微观三个层面:宏观设计指一学期或一门课的教学计划;微观设计指一节课的教案;中观设计指一个单元或一个模块，是上承宏观设计中的课程标准，下接微观设计中的教案间的桥梁［7］．以往的教学缺乏对一个单元或一个模块的中观设计的重视，因而在教学过程中存在宏观和微观之间断层的现象，造成学生所学零散琐碎．物理学科大概念可以整合物理内容，从知识、方法及思想和精神层面建构知识结构．因此，高中物理教师应该重视以物理学科大概念为主题的单元教学设计，具体如图1所示．前面提到提炼物理学科大概念的方法，确定物理学科大概念是首要步骤．然后，按照物理学科大概念确定教学主题．比如以沪科版教材高中《物理》选修3－1中的“磁场”为例．首先，我们要分析磁场中所涵盖的物理小概念，这里主要分析课标中的要求、教材的逻辑结构及呈现方式、学生认知系统有关磁场的前概念及学生的“最近发展区”．然后根据这些小概念，提炼“磁场”中的大概念．本研究认为有两个大概念，一是“磁场”的物质性;二是用实验的方法认识磁场．也就是说，这部分有两大主题，第一是让学生认识到“磁场”的物质性，可以通过查阅资料，了解古代科技史对“磁场”相关概念的提出引申到现代“磁场”的应用，进而扩充至第二个主题“用实验的方法认识磁场”．根据“磁场”的两个物理学科大概念，结合课标提出本单元的课程目标，进而设计单元教学设计;再结合符合学生认知发展的教学方法具体到教学实施当中;最后通过多元评价综合评估并进行反思，不断修正教学目标．如此反复，经过教材和学情分析、提炼物理学科大概念;以物理学科大概念为主题设计单元教学目标;通过教学实施、学生总结、心得交流等步骤评价和反思教学．进而修改单元设计，方能有效地完成本章的单元教学任务．

3以增值评价来促进物理学科大概念的落实

教育评价是依据一定的教育目标，通过使用一定的技术和方法对各种教育活动、教育过程和教育结果进行科学判定的过程［6］．教育评价主要有学生评价、教师评价及学校管理评价等几个领域．其中，学生评价为教育评价的主体．随着时代的发展，学生评价不再以单一的纸笔测验为主要评价工具，而趋于多元评价方式．2020年10月13日，中共中央国务院印发了《深化新时代教育评价改革总体方案》，要求坚决克服唯分数、唯升学等顽瘴痼疾，积极探索促进学生全面发展的多元评价方法［8］．增值性评价是指通过追踪研究设计，收集学生在一段时间内不同时间点上的标准化测验成绩;基于学生自身测验成绩的纵向比较，并考虑其他不受学校或教师控制的因素对学生成绩的影响(如学生的原有成绩水平、人口学因素、家庭背景信息以及学校周围地区的经济发展水平等)［9］．该评价最早由美国学者詹姆斯科尔曼在1966年向美国国会提交了一份题为《关于教育机会均等性的报告》(简称“科尔曼报告”)，其研究结论引发了世界范围内关于学校效能评价的争论后而引起注意．美国田纳西大学的两位统计学家威廉·桑德斯(WilliamSanders)和罗伯特·麦克莱恩(RobertMcLean)于1988年，提出了采用学生成绩数据来评价教师的增值评价法，即桑德斯模式(theSandersModel)［10］．至此，增值评价法开始在学界持续推进．增值评价使用多种水平模型对数据进行统计分析，并将上述因素对学生成绩的影响与学校或教师对学生成绩的效应分离开来，追踪学生在一段时间内学业上的变化，考查学校或教师对学生学业成绩影响的净效应，进而实现对学校或教师效能较为科学、客观的评价［11］．因而，增值评价首先注重学生的全面发展，破除了“唯分数”为主的教学评价方式，注重学生学习“输入—过程—输出”的过程，强调变量指标的一致性;其次，增值评价有利于教育公平，对资源分配不均衡的区域、民族学校的学生统筹兼顾，多元评价学生的发展，兼顾学生的个性差异;第三，增值是一种标准，增值评价是对学生在入校前后接受一段时间教育后，不同方面素质进步程度差异性的价值判断．因而，可以把增值评价理解为一种多元的评价方式．物理学科大概念的建构过程是一个复杂的过程，综合了课标、教材、学情等多方面因素．在教学过程中，以大概念为主题的单元教学，涵盖知识、方法、思想和精神等．因而评价不能仅仅通过纸笔测验来评定教学的好坏，用“增值评价”的方法来评估以物理学科大概念为主题的单元教学是一种较为合理的评价方式．首先，要提出以物理学科大概念为主题的单元教学评价目标．具体可参考物理学科核心素养学业质量标准及学生德、智、体、美、劳全面发展目标，评价目标要注重学生所在区域资源差异及学生自身的个性差异．其次，确定评价主体及对象．过去，评价学生的主体主要有学校和教师，对象则理所应当是学生．增值评价则考虑到家长和社会对学生的评价，通过家校联合的方式进行多元评价．比如教师可通过对家长访谈的方式，考查学生在社会生活当中，是否能将学校所学知识迁移应用到现实生活当中．第三，评价指标及量表的构建．以物理科学大概念为主题的单元教学是否比普通教学模式更有利于学生的发展，则需要通过研制评价指标和量表来评定．教师以物理学科大概念为一级指标，以小概念为二级指标，从知识、方法、思想和精神及对这些指标的迁移应用角度评价学生，具体可通过观察、访谈、月考、工作日志及家长访谈等多种方式制定评价指标，并确定量表．

4结束语

新世纪以来，互联网尤其是人工智能的问世使世界发生了深刻的变化，社会知识更替加速，社会对人才的诉求更加多元，教育的使命更加注重人的发展，继而更加注重“以人为本”和“立德树人”的理念．如何落实学生的核心素养是每位课程专家、一线教师亟待解决的问题，而以物理学科核心素养为主题的单元教学设计则为解决这一问题提供了新的思路，学校可以和研究院校合作设计以物理学科大概念为主题的“探究专题”，如物理学与新型能源、物理学与传统文化的融合等．然而，本研究仅仅从学理上分析了物理学科大概念的价值及实施路径，但以物理学科大概念为主题的单元教学是否能达到预期的教学效果，则需要设计完整的单元教学设计且付诸实践，并研制基于物理学科大概念为主题的单元教学设计评价指标体系和量表来测评才足以证明这一举措的有效性，这将是本研究后续深入的重心．

作者：关亚琴 单位：西南大学科学教育研究中心